Mégapixels de la caméra pour les acquisitions LiDAR : pourquoi plus n’est pas toujours mieux
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Un capteur photosensible est composé d’une multitude de pixels, une surface le plus souvent carrée. Ces pixels sont un composant des photodiodes qui convertissent la lumière en un signal électrique.
On croit souvent que plus il y a de pixels, meilleure est l’image, mais ce n’est pas tout à fait vrai ! En photographie, de nombreux paramètres entrent en jeu et modifient la qualité de l’image finale.
L’un des paramètres que nous ne voyons pas souvent est la taille du pixel. Plus la surface d’un pixel est grande, plus il reçoit de lumière ! Cette quantité de lumière, également appelée exposition, est la clé de la photographie.
Parlons photographie 📸
L’exposition est une valeur importante de votre photo. Une photo sous-exposée fera disparaître les détails dans les zones sombres telles que les ombres entre les arbres serrés. Au contraire, une photo surexposée « brûlera » les zones lumineuses, comme un rocher de couleur claire éclairé par un soleil au zénith.
Pour rappel, l’exposition est régie par trois paramètres : le temps d’exposition, période pendant laquelle le capteur est exposé à la lumière ; l’ouverture, qui permet de modifier la quantité de lumière admise par l’objectif de l’appareil photo et l’ISO, la valeur de sensibilité à la lumière du capteur.
Dans le cas de systèmes LiDAR montés sur des vecteurs mobiles intégrant des vibrations, le temps d’exposition doit être court pour éviter le flou de bougé. Certains objectifs ont une ouverture fixe, d’autres peuvent être plus ou moins ouverts en fonction des conditions de luminosité de la région.
Enfin, une règle empirique concernant la sensibilité ISO est de la maintenir aussi basse que possible. En effet, si vous devez augmenter l’ISO, en raison d’un manque de lumière (jour d’hiver, fin de journée, latitudes extrêmes), alors du bruit apparaîtra sur l’image dégradant la qualité.
Une petite définition
La définition du capteur de votre appareil photo, c’est-à-dire le nombre de pixels, reste un facteur important dans le rendu final de votre photo. Plus votre image est composée de pixels, plus le niveau de détail est fin. Toutefois, il est important que l’augmentation du nombre de pixels n’implique pas une réduction de la taille de chaque pixel. Et c’est là que nous commençons à comprendre le mot de la discorde : la résolution !
Ne pas confondre résolution et définition 🙅
La résolution est une densité de pixels, c’est-à-dire un nombre de pixels par unité de surface.
Si nous entrons dans la course aux mégapixels, commençons par une taille de pixel constante. Dans ce cas, pour passer d’une définition d’environ 20 mégapixels à plus de 60 mégapixels, on passera d’un capteur au format APS-C (16mm x 24mm) à un capteur plein format (24mm x 36mm). Dans cette situation, nous augmentons non seulement la taille du capteur, mais aussi celle de tout ce qui l’entoure, et donc sa masse. Ainsi, pour une même altitude d’acquisition, une bien meilleure distance d’échantillonnage, souvent appelée distance d’échantillonnage au sol (GSD), sera obtenue avec un grand capteur comportant plus de pixels.
Les smartphones ne volent pas !
Nous pouvons déjà répondre à ceux qui auraient l’idée saugrenue de faire voler les derniers smartphones 108Mpx sur un drone. Avec les notions ci-dessus, nous comprenons que la haute définition de ces minuscules capteurs (6,3 mm x 8,4 mm), intégrés dans un coin du téléphone, résulte d’une taille de pixel extrêmement petite (0,7 µm). Ainsi, très peu de lumière atteindra chaque pixel.
Il faudra alors recourir à l’ISO qui augmentera le bruit. En outre, la taille des pixels est parfois si petite que le pouvoir de séparation de l’optique n’est pas suffisant. La même lumière ira sur plusieurs pixels côte à côte, annihilant l’avantage d’avoir une multitude de pixels. De plus, la plupart du temps, la technique du « pixel-binning » est utilisée par les fabricants pour combiner des pixels adjacents entre eux afin d’obtenir une photo d’une définition bien inférieure à celle annoncée. La qualité de l’image ne sera pas du tout bonne pour les travaux de photogrammétrie. Voyez par vous-même…
Ce sera tout ? 🤔
Le nombre de mégapixels est un chiffre facile à inscrire sur une fiche technique, souvent indiqué sur la première page du produit en tant qu’indicateur de performance. Cependant, ce n’est pas la seule valeur à prendre en compte, car de nombreux autres paramètres sont tout aussi importants en fonction de l’utilisation que vous ferez de votre caméra pour vos projets LiDAR. Décrire ses besoins et s’informer auprès d’experts de l’industrie LiDAR est le meilleur moyen d’éviter de commettre une erreur basée sur des croyances communes.
